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正电子发射断层扫描技术(Positron Emission Tomography,PET)是核医学领域中一种先进的临床检查影像技术,可以准确地反映机体内部的生理、生化变化,进入21世纪后更是迅猛发展,已成为目前癌症的早期诊断和脑功能成像中非常重要的检查手段。PET图像质量评估是PET成像中一个极为重要的方面,也是对PET成像系统参数进行优化的关键步骤。主观评价法(Human Observer)是目前评估图像质量的主要手段,但并不适用于系统参数优化的研究,因为需要花费医生大量的时间和精力,为了结果的客观性需要多名医生共同参与。数字观察器(Numerical Observers)可以很好地克服这些缺点,被越来越多的应用于图像质量评估中。在众多数字观察器中,考虑到应用的普遍性,本文选择通道化Hotelling观察器(Channelized Hotelling Observer,CHO)作为PET图像质量评估的方法。论文第一部分首先介绍了目前常用的图像质量评估方法包括本文主要用到的数字观察器CHO及其研究现状、PET系统成像原理和图像重建过程、以及影响重建图像质量的因素;然后介绍本文数据的获取方式GATE(Geant4 Application for Tomographic Emission)仿真方法。论文第二部分应用CHO评估PET系统参数对图像质量的影响。影响PET图像质量的因素包括硬件参数和软件参数,其中硬件参数主要有晶体厚度和轴向视野(Axial Field of View,AFOV),软件参数主要有滤波器和迭代次数。硬件参数晶体厚度、轴向视野(AFOV)对图像质量的影响:晶体厚度和轴向视野(AFOV)是硬件中两个主要因素,厚度和AFOV的增加能增加系统灵敏度并改善图像质量,但是成本也会随之提高,扫描速度会下降。经过对灵敏度,扫描速度以及成本问题的综合考虑,本文将轴向视野分别设置为201.6mm和403.2mm,晶体厚度分别设置为15mm和17.5mm。用CHO评估它们对图像质量的影响,得到的结果显示晶体厚度一样时,轴向视野为403.2mm的系统生成的PET图像比轴向视野为201.6mm系统的清晰,轴向视野一样时,晶体厚度为17.5mm的系统生成的PET图像比晶体厚度为15mm系统的清晰。软件参数滤波器、迭代次数对图像质量的影响:滤波器和迭代次数是经常研究的两个软件参数,它们的取值对图像质量的影响非常大,通常图像质量会随着它们的参数值的增加先变好后变差,因此为了得到最好的图像质量,确定它们的最佳参数非常重要,CHO可以对图像质量进行量化从而选择最佳参数。首先通过对图像质量、仿真时间等因素的综合考虑选择3min为最佳扫描时间。其次本文用到的滤波器为高斯滤波器和非局部均值(Non-Local Mean,NLM)滤波器,并将高斯参数σ分别设置为0.5、0.8、1.1、1.4、2.0、3.0、4.0,NLM参数f分别设置为0.5、0.7、0.9、1.2、2.0、3.0、4.0。通过CHO对它们进行优化,并评估两种滤波器在最佳参数下的滤波效果。结果表明σ=1.4和f=0.5为高斯滤波器和NLM滤波器的最佳参数,而且NLM滤波器的滤波效果比高斯滤波器好。最后本文将迭代次数分别设置为1、2、3、4、6、8、10次,当迭代次数变大,图像变清晰,但是由于图像中的噪声也被放大,当超过某个值后,图像因噪声影响变模糊。为了得到最佳迭代次数,本文用CHO对上述迭代次数对应的图像进行评估,结果表明迭代次数为4次时,图像质量最好。仿真结果说明CHO可以用于评估PET系统参数对图像质量的影响,其对PET研制以及PET图像的辅助诊断具有重要意义。本文的创新之处在于研究者们通过CHO计算AUC值可以定量的确定参数,并且这是国内首先开展采用CHO方法评估PET系统参数对图像质量影响的研究。